Ziel der Entwicklung
Laserpulverauftragschweißen wird in der Industrie seit mehreren Jahrzehnten zum Aufbringen von Verschleißschutzschichten oder bei der Reparatur von hochwertigen Wirtschaftsgütern, bei denen eine Neufertigung zu teuer wäre, eingesetzt. Eine neue ressourcenschonende Technologie erlaubt nun das Laserpulverauftragschweißen von Verbundgleitlagern. Dabei ist für die Endanwender, neben der Wirtschaftlichkeit der hergestellten Schichten, die höhere Produktivität und die höhere Qualität des Verfahrens ausschlaggebend. Das Hauptanwendungsfeld liegt in der Erzeugung von großen, dickwandigen Gleitlagern, welche zur Lagerung von Wellen für Getriebe, Pumpen, Verdichter und Elektromaschinen verwendet werden. Aufgrund der Vielseitigkeit der neuen Technologie reichen Anwendungsmöglichkeiten dabei von Lagerschalen für 2-Takt-Schiffsdieselmotoren bis hin zu Windenergieanlagen.
Vorteile und Lösungen
Zunächst konnte ein umfangreiches Prozessverständnis für die Verarbeitung von Zinnbasislegierungen entwickelt und damit reproduzierbare Ergebnisse zum Beschichten von großflächigen Lagerplatten mithilfe eines Hochleistungsfestkörperlasers erzielt werden. Nach Abschluss der Arbeiten liegen damit für ausgewählte Zinnbasislegierungen Parametersätze vor, die Unternehmen der mittelständischen Industrie ein wirtschaftliches Beschichten mittels Laserpulverauftragschweißen ermöglichen. So konnten durch entsprechende Oberflächenvorbereitung und Prozessoptimierung die Entstehung der für die Bindefestigkeit relevanten FeSn2-Kristalle auf ein Minimum begrenzt werden. Gleichzeitig können durch den entwickelten Beschichtungsprozess vorgelagerte Produktionsschritte wie das Strahlen der Oberflächen entfallen. Auch ein mehrlagiger Aufbau von Schichtenhöhen bis 8 mm konnte prozesssicher für große Lagergeometrien nachgewiesen werden. Die Einführung eines Regelalgorithmus auf Basis einer temperaturgeführten Schmelzbadkontrolle erwies sich als schwer umsetzbar, da aufgrund der geringen Schmelzbadtemperatur der verwendeten Weißmetalllegierung ein ungenügendes Signal-zu-Rausch-Verhältnis vorlag. Hierzu sind zukünftig weitere Forschungsanstrengungen notwendig, um beispielsweise über optische Filtersysteme, eine industrietaugliche Regelung etablieren zu können und damit die Wirtschaftlichkeit der Prozesse weiter zu erhöhen. Bei den untersuchten Bleibronzelegierungen konnten ebenfalls vielversprechende Ergebnisse erzielt werden. Die hierbei hergestellten Schichten weisen nach Abschluss der Untersuchungen ausreichend gute Eigenschaften hinsichtlich Mikrostruktur und Porosität auf, sodass eine Weiterentwicklung zu produktionstauglichen Prozessen in Folgevorhaben sinnvoll erscheint. Insbesondere in diesem Legierungssegment besteht derzeit ein hoher Bedarf an alternativen Beschichtungstechnologien, um konventionelleSchleudergussverfahren zu substituieren und neue, bisher nicht zugängliche Gleitlagergeometrien zu ermöglichen.
Zielgruppe und Zielmarkt
Insbesondere die Hersteller von Gleitlagern sind dabei intensiv auf der Suche nach alternativen Fertigungsverfahren, um ressourcenschonende Alternativen auf dem Markt anbieten zu können. Die erzielten Ergebnissekonnten dabei bereits mehrere Unternehmen von der technischen Umsetzbarkeit überzeugen, sodass derzeit an verschiedenen Standorten in Deutschland die Produktionseinführung unter Beteiligung der SLV Mecklenburg-Vorpommern GmbH geplant wird. Die Anwendungsmöglichkeiten der entwickelten Beschichtungstechnologie reichen von kleinen Lagerschalen oder Hohlwellen im Bereich der Innenbeschichtung ab Durchmessern von ca. 100 mm bis hin zu großen Halbschalen oder Wellen im Meterbereich. Die adressierten Bereiche sind dabei die Substitution der heute üblichen Wälzlager, über Axial- und Radiallager, bis hin zu großen Halbschalen im Bereich der Schiffsdieselmotoren. In allen Fällen geht es um die effiziente und hochqualitative Beschichtung von Gleitlagern mit Sonderlegierungen. Neben den Anwendern im Bereich Gleitlagerhersteller profitieren zudem Hersteller spezieller Zusatzwerkstoffe in Pulverform von der zunehmenden Nachfrage.